在大多数类型的细胞中,线粒体根据细胞的能量需要和代谢条件来调整它们的形态和位置。在心肌细胞中,线粒体形态、位置和功能之间的关系似乎并不那么依赖于细胞能量需求,而是取决于细胞环境和结构的限制——大量的肌丝含有坚硬的细胞骨架和密集的线粒体网络。此外,它们之间不同细胞器的排列对心肌细胞功能至关重要,因此必须有效地控制线粒体的形态。与其他细胞类型相比,成年心肌细胞线粒体的嵴密度最高。然而,心肌细胞内存在不同类型的线粒体,其形态特征通常根据其位置而定:肌纤维间线粒体、浆膜下线粒体和核周线粒体。 (1) 肌原纤维间质线粒体在一排排收缩蛋白之间严格有序排列,通过重复排列的 T 管相互隔离,并与肌原纤维和肌浆网密切接触。它们主要用于肌球蛋白和 SR-ATP 酶的能量供应。肌间纤维呈伸长状,每个肌节通常有一个线粒体。它们的长度为 1.5~2.0μm,嵴结构也呈弯曲状。 (2) 膜下线粒体的组织化程度较低,可能主要参与离子稳态等其他作用。它们位于肌膜下,长度变化较大(0.4-3.0μm),具有紧密排列的嵴。 (3) 核周线粒体呈团状排列,可能参与转录和翻译过程。线粒体多呈球形,长度在 0.8~1.4μm 之间,线粒体内有发达的弧形嵴,基质面积较小。 当血液被泵入全身时,心肌不断收缩和舒张。这需要高水平的能量,因为这些肌肉不像其他类型的肌肉那样休息。考虑到心肌细胞功能需求的能量,成年心肌细胞含有大量的线粒体,这些线粒体至少占细胞体积的 30%。成年心肌细胞通过线粒体中的氧化磷酸化(OXPHOS)来满足 90%以上的能量需求。在正常生理条件下,脂肪酸的氧化作用优于其他营养物质的氧化。在应激期间,心肌细胞可以通过氧化葡萄糖、乳酸、氨基酸和酮体来获得能量。事实上,在不同的生理和病理生理条件下,它们的代谢适应底物利用率的能力对它们的收缩平衡至关重要。胎儿心肌细胞在心脏发育过程中的增殖特点是糖酵解和乳酸生成率高。只有<15%的 ATP 是由脂肪酸 β-氧化途径产生的。 5. 总结 心肌细胞的独特结构特征使心脏具有特殊收缩功能。心脏中的其他细胞(主要包括成纤维细胞、内皮细胞、瓣膜细胞、心外膜细胞、平滑肌细胞以及各种免疫细胞)和细胞器(包括 α-微管蛋白(Alpha tubulins)、β-微管蛋白(Beta tubulins)、内质网(Endoplasmic reticulum)、核(Nucleus)、高尔基体(Golgi Apparatus))也是重要的,它们共同作用以便获得协调的心脏收缩,以适应器官的生理需要。 参考文献: (1)https://www.jtcvs.org/article/S0022-5223(99)70233-3/fulltext#secd2618077e65 (2)https://www.microscopemaster.com/cardiomyocytes.html (3)-research.com/cardiomyocytes (4)Cui Y, Zheng Y, Liu X, et al. Single-Cell Transcriptome Analysis Maps the Developmental Track of the Human Heart. Cell Rep. 2019;26(7):1934-1950.e5. doi:10.1016/j.celrep.2019.01.079